[发明专利]一种棒材重熔直写成型设备及棒材重熔成型方法

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，公开了一种棒材重熔直写成型设备及棒材重熔成型方法，包括供料系统、制浆系统和成型系统，供料系统被配置为储存由混合固体颗粒制成的棒材并向制浆系统提供棒材；制浆系统包括制浆料筒和能够伸入制浆料筒内并相对制浆料筒移动和转动的挤出推杆，制浆料筒底部设置有加热装置，用于将制浆料筒内的棒材的局部进行加热以形成半固态浆料，挤出推杆沿制浆料筒的轴线方向移动抵压棒材以将半固态浆料挤出并成型到成型系统上。以混合固体颗粒形成的棒材为原料，通过局部加热的方式形成半固态浆料，组织可控，该成型设备结构简单，成本低，成型件组织均匀。该成型方法便于对半固态浆料的流动行为进行有效控制。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种棒材重熔直写成型设备及棒材重熔成型方法。

背景技术

增材制造技术是以一种数字模型文件为基础，运用粉末状、丝状的金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来成型零件的技术。基于高能束流的金属增材制造工艺通常以高能束流为热源，该打印装备构造复杂且设备、材料成本高昂；同时，在高能束流扫描成型过程中成型件温度梯度较大，易使组织产生缺陷和较大的内应力。

专利号为CN106925783A的专利公布了一种高效金属3D打印设备和方法，将液态金属浆料的制备过程和增材制造成形过程结合，其方案是采用金属熔体直接供料，使其以液流的形式连续喷出，打印时利用冷却介质进行快速冷却，并通过打印头和成形基板的运动，完成打印过程。然而在成形过同程中，直接使金属从液态变为固态会产生较大的凝固收缩，导致成型件尺寸精度不高，组织不能得到很好地控制，成型件将会产生较大的内应力。

专利号为CN106623840A的专利公开了一种合金半固态旋压增材制备装置，将制备半固态浆料的过程和增材制造成形过程结合，省去浆料转移，直接在成形基板上实现成形过程。其方案是将金属液注入制浆装置，通过激冷形核作用获得半固态浆料，并通过旋压管将浆料逐层地堆积到按预定程序运动地成型平台上，进而实现半固态旋压增材制备。该方法虽然有意识地通过旋压管制造形核过程，但是半固态浆料的制备要求大量均匀的形核核心，且需要对保温温度及保温时间进行精确控制，以实现对初生颗粒长大行为的控制，只通过旋压管光滑区域的激冷作用将难以制备流动行为可控的高粘性半固态浆料。

基于上述问题，提出一种棒材重熔直写成型设备，结构简单，成型件内应力小，凝固收缩量小，提高了成型件的成型质量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种棒材重熔直写成型设备及棒材重熔成型方法，结构简单，形成的半固态浆料，组织可控，成型件内应力小，凝固收缩量小，提高了成型件的成型质量。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种棒材重熔直写成型设备，包括供料系统、制浆系统和成型系统，所述供料系统被配置为储存由混合固体颗粒制成的棒材并向所述制浆系统提供所述棒材；

所述制浆系统包括制浆料筒和能够伸入所述制浆料筒内并相对所述制浆料筒移动和转动的挤出推杆，所述制浆料筒底部设置有加热装置，用于将所述制浆料筒内的所述棒材的局部进行加热以形成半固态浆料，所述挤出推杆沿所述制浆料筒的轴线方向移动抵压所述棒材以将所述半固态浆料挤出；

所述成型系统，所述成型系统能够与所述制浆系统相对移动，以将所述半固态浆料成型在所述成型系统上。

通过供料系统存储由混合固体颗粒形成的棒材并向制浆系统提供该棒材，加热装置对棒材的局部进行加热以形成半固态浆料，挤出推杆沿制浆料筒的周向方向移动抵压未融化的棒材以将半固态浆料挤出成型到成型平台上，该设备以混合固体颗粒形成的棒材为原料，通过局部加热的方式形成半固态浆料，组织可控，成型过程更加清洁，该成型设备结构简单，降低了成本，能够使成型件组织均匀，减少组织缺陷及内应力，提高成型件的力学性能，显著改善成型件的质量，制浆系统与成型系统的配合使成型过程更加简易。